CN110129059A - 一种土壤修复钝化剂的制备方法和系统 - Google Patents

一种土壤修复钝化剂的制备方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种土壤修复钝化剂的制备方法，涉及土壤调节材料领域。包括以下步骤：S1：获取中药的药渣；S2：在缺氧条件下热解所述药渣并碾碎得到生物碳粉；S3：将所述生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳；S4：获取黏土矿物，将所述黏土矿物与所述铁性药渣生物碳混合得到钝化剂。本方案解决了如何提高对重金属污染土壤的修复效果的技术问题，适用于重金属污染的土壤修复。

Description

一种土壤修复钝化剂的制备方法和系统
技术领域
本发明涉及土壤调节材料领域，特别涉及一种土壤修复钝化剂的制备方法和系统。
背景技术
为了对土壤中的环境污染物进行处理，通常使用化学改性的方式对生物碳进行表面修饰，从而得到相比普通生物碳具有更强吸附能力的钝化剂，不同的改性方法会为生物碳增加不同的官能团，从而对不同的环境污染物具有特定的吸附能力。
使用现有的钝化剂虽然能够提高土壤肥力，并降低土壤中重金属的活性，但吸附效果一般且时效性差，同时使用石灰性物质钝化剂还可能改变土壤理化性质，引起土壤结构退化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是如何提高对重金属污染土壤的修复效果。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种土壤修复钝化剂的制备方法和系统，包括：
S1：获取中药的药渣；
S2：在缺氧条件下热解所述药渣并碾碎得到生物碳粉；
S3：将所述生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳；
S4：获取黏土矿物，将所述黏土矿物与所述铁性药渣生物碳混合得到钝化剂。
本发明的有益效果是：通过对药渣进行热解得到生物碳，并将生物碳碾碎得到生物碳粉，相比生物碳，对生物碳粉进行铁改时反应更充分；铁性药渣生物碳相比生物碳粉，加强了对金属Cd和金属Cu的吸附能力；最后将黏土矿物和铁性药渣生物碳混合，得到相比铁性药渣生物碳的具有更大比表面积、更丰富的孔隙结构和官能团，从而进一步提高了钝化剂的吸附效果。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，步骤S1中的中药为板蓝根。
进一步，步骤S1具体为：
S11：获取板蓝根和去离子水并煮沸n分钟得到湿渣；
S12：在105℃温度条件下烘干所述湿渣k小时得到干渣；
S13：将所述干渣用玛瑙碾钵碾成粉末得到所述药渣。
进一步，步骤S2具体为：
S21：将所述药渣置于带盖坩埚中；
S22：将所述带盖坩埚连同其中的所述药渣放入马弗炉，所述马弗炉内温度以预设5℃·min-1的加热速率升温至第一预设温度，并持续4小时得到药渣碳；
S23：将所述药渣碳冷却至室温并碾碎到预设大小得到生物碳粉。
进一步，步骤S23中，所述预设大小的生物碳粉为直径0.25毫米的颗粒。
进一步，步骤S3具体为：
S31：取一份所述生物碳粉浸泡在FeCl3溶液中并搅拌z分钟得到药渣溶液；
S32：静置所述药渣溶液x小时后过滤得到铁性湿药渣；
S33：将所述铁性湿药渣置于第二预设温度下进行干燥得到铁性干药渣；
S34：将所述铁性干药渣置于第三预设温度下的马弗炉内热解y小时得到热解铁性药渣；
S35：洗涤所述热解铁性药渣并干燥过筛后得到铁性药渣生物碳。
进一步，步骤S4中，所述黏土矿物包括麦饭石，所述麦饭石与所述铁性药渣生物碳的混合比例为1:1。
本发明解决上述技术问题的另一技术方案如下：
一种土壤修复钝化剂的制备系统，包括药渣获取模块、热解模块、铁改模块和合成模块；所述药渣获取模块用于获取中药的药渣；所述热解模块用于在缺氧条件下热解所述药渣并碾碎得到生物碳粉；所述铁改模块用于将所述生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳；所述合成模块用于获取黏土矿物，所述合成模块还用于将所述黏土矿物与所述铁性药渣生物碳混合得到钝化剂。
进一步，所述中药为板蓝根。
进一步，所述药渣获取模块用于获取板蓝根和去离子水并煮沸n分钟得到湿渣；所述药渣获取模块还用于在105℃温度条件下烘干k小时得到干渣；所述药渣获取模块还用于将所述干渣用玛瑙碾钵碾成粉末得到所述药渣。
进一步，所述热解模块用于将所述药渣置于带盖坩埚中；所述热解模块还用于将所述带盖坩埚连同其中的所述药渣放入马弗炉，所述马弗炉内温度以预设5℃·min-1的加热速率升温至第一预设温度，并持续4小时得到药渣碳；所述热解模块还用于将所述药渣碳冷却至室温并碾碎到预设大小得到生物碳粉。
进一步，所述预设大小的生物碳粉为直径0.25毫米的颗粒。
进一步，所述铁改模块用于取一份所述生物碳粉浸泡在FeCl3溶液中并搅拌z分钟得到药渣溶液；所述特改模块还用于静置所述药渣溶液x小时后过滤得到铁性湿药渣；所述特改模块还用于将所述铁性湿药渣置于第二预设温度下进行干燥得到铁性干药渣；所述特改模块还用于将所述铁性干药渣置于第三预设温度下的马弗炉内热解y小时得到热解铁性药渣；所述特改模块还用于洗涤所述热解铁性药渣并干燥过筛后得到铁性药渣生物碳。
进一步，所述合成模块用于获取黏土矿物，所述黏土矿物包括麦饭石；所述合成模块还用于将所述麦饭石与所述铁性药渣生物碳以1:1的比例进行混合。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明土壤修复钝化剂的制备方法的实施例的方法流程图；
图2为本发明土壤修复钝化剂的制备系统的实施例的系统结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
实施例基本如附图1所示：
本实施例中土壤修复钝化剂的制备方法，包括以下步骤：
S1：获取中药的药渣，本实施例中的中药可以为板蓝根；
S2：缺氧条件下热解药渣并碾碎得到生物碳粉，本实施例中热解的温度可以为500℃；
S3：将生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳，本实施例中FeCl3溶液的浓度可以为1mol·L-1。
S4：获取黏土矿物，将黏土矿物与铁性药渣生物碳混合得到钝化剂，本实施例中的黏土矿物可以为包括Si、O、C、Al、Na、K、Ca这7中化学元素的麦饭石，麦饭石中各元素成分含量按照Si、O、C、Al、Na、K、Ca的顺序依次为60.57％、18.66％、9.23％、1.39％、0.64％、0.50％和0.41％。
本发明的有益效果是：通过对药渣进行热解得到生物碳，并将生物碳碾碎得到生物碳粉，相比生物碳，对生物碳粉进行铁改时反应更充分；铁性药渣生物碳相比生物碳粉，加强了对金属Cd和金属Cu的吸附能力；最后将黏土矿物和铁性药渣生物碳混合，得到相比铁性药渣生物碳的具有更大比表面积、更丰富的孔隙结构和官能团，从而进一步提高了钝化剂的吸附效果。
使用本发明的钝化剂时，将钝化剂与土壤均匀混合，隔周加水一次，其中水可以为去离子水，隔周翻松一次土壤，40天后完成土壤的净化，开始进行播种。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S1中的中药为板蓝根。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S1具体为：
S11：获取板蓝根和去离子水并煮沸n分钟得到湿渣，本实施例中的n可以为30；
S12：在105℃温度条件下烘干k小时得到干渣，本实施例中的k可以为24；
S13：将干渣用玛瑙碾钵碾成粉末得到药渣。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S2具体为：
S21：将药渣置于带盖坩埚中，本实施例中的带盖坩埚可以为带盖瓷坩埚；
S22：将带盖坩埚连同其中的药渣放入马弗炉，马弗炉内温度以预设5℃·min-1的加热速率升温至第一预设温度，并持续4小时得到药渣碳，本实施例中的第一预设温度可以为500℃；
S23：将药渣碳冷却至室温并碾碎到预设大小得到生物碳粉。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S23中，预设大小的生物碳粉为直径0.25毫米的颗粒。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S3具体为：
S31：取一份生物碳粉浸泡在FeCl3溶液中并搅拌z分钟得到药渣溶液，本实施例中FeCl3溶液的浓度可以为1mol·L-1，z可以为10；
S32：静置药渣溶液x小时后过滤得到铁性湿药渣，本实施例中的x可以为24；
S33：将铁性湿药渣置于第二预设温度下进行干燥得到铁性干药渣，本实施例中的第二预设温度可以为80℃；
S34：将铁性干药渣置于第三预设温度下的马弗炉内热解y小时得到热解铁性药渣，本实施例中的第三预设温度可以为500℃，其中y可以为1；
S35：洗涤热解铁性药渣并干燥过筛后得到铁性药渣生物碳，本实施例中过筛的筛子为60目筛。
通过60目筛子过筛后得到的铁性药渣生物碳的大小都保持在直径0.25毫米的大小。
可选的，在一些其它实施例中，步骤S4中，黏土矿物包括麦饭石，麦饭石与铁性药渣生物碳的混合比例为1:1，本实施例中的麦饭石的大小可以为60-80目，具体可以为60目。
本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
可选的，在一些其它实施例中，如附图2所示，一种土壤修复钝化剂的制备系统，包括药渣获取模块1、热解模块2、铁改模块3和合成模块4；药渣获取模块1用于获取中药的药渣；热解模块2用于在缺氧条件下热解药渣并碾碎得到生物碳粉；铁改模块3用于将生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳；合成模块4用于获取黏土矿物，合成模块4还用于将黏土矿物与铁性药渣生物碳混合得到钝化剂。
可选的，在一些其它实施例中，中药为板蓝根。
可选的，在一些其它实施例中，药渣获取模块1用于获取板蓝根和去离子水并煮沸n分钟得到湿渣；药渣获取模块1还用于在105℃温度条件下烘干k小时得到干渣；药渣获取模块1还用于将干渣用玛瑙碾钵碾成粉末得到药渣。
可选的，在一些其它实施例中，热解模块2用于将药渣置于带盖坩埚中；热解模块2还用于将带盖坩埚连同其中的药渣放入马弗炉，马弗炉内温度以预设5℃·min-1的加热速率升温至第一预设温度，并持续4小时得到药渣碳；热解模块2还用于将药渣碳冷却至室温并碾碎到预设大小得到生物碳粉。
可选的，在一些其它实施例中，预设大小的生物碳粉为直径0.25毫米的颗粒。
可选的，在一些其它实施例中，铁改模块3用于取一份生物碳粉浸泡在FeC l3溶液中并搅拌z分钟得到药渣溶液；特改模块还用于静置药渣溶液x小时后过滤得到铁性湿药渣；特改模块还用于将铁性湿药渣置于第二预设温度下进行干燥得到铁性干药渣；特改模块还用于将铁性干药渣置于第三预设温度下的马弗炉内热解y小时得到热解铁性药渣；特改模块还用于洗涤热解铁性药渣并干燥过筛后得到铁性药渣生物碳。
可选的，在一些其它实施例中，合成模块4用于获取黏土矿物，黏土矿物包括麦饭石；合成模块4还用于将麦饭石与铁性药渣生物碳以1:1的比例进行混合。
需要说明的是，上述各实施例是与上述各方法实施例对应的产品实施例，对于本实施例中各结构装置及可选实施方式的说明可以参考上述各方法实施例中的对应说明，在此不再赘述。
读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：获取中药的药渣；
S2：在缺氧条件下热解所述药渣并碾碎得到生物碳粉；
S3：将所述生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳；
S4：获取黏土矿物，将所述黏土矿物与所述铁性药渣生物碳混合得到钝化剂。
2.根据权利要求1所述的土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1中的中药为板蓝根。
3.根据权利要求2所述的土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤S1具体为：
S11：获取板蓝根和去离子水并煮沸n分钟得到湿渣；
S12：在105℃温度条件下烘干所述湿渣k小时得到干渣；
S13：将所述干渣用玛瑙碾钵碾成粉末得到所述药渣。
4.根据权利要求1所述的土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤S2具体为：
S21：将所述药渣置于带盖坩埚中；
S22：将所述带盖坩埚连同其中的所述药渣放入马弗炉，所述马弗炉内温度以预设5℃·min-1的加热速率升温至第一预设温度，并持续4小时得到药渣碳；
S23：将所述药渣碳冷却至室温并碾碎到预设大小得到生物碳粉。
5.根据权利要求4所述的土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤S23中，所述预设大小的生物碳粉为直径0.25毫米的颗粒。
6.根据权利要求1所述的土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤S3具体为：
S31：取一份所述生物碳粉浸泡在FeCl3溶液中并搅拌z分钟得到药渣溶液；
S32：静置所述药渣溶液x小时后过滤得到铁性湿药渣；
S33：将所述铁性湿药渣置于第二预设温度下进行干燥得到铁性干药渣；
S34：将所述铁性干药渣置于第三预设温度下的马弗炉内热解y小时得到热解铁性药渣；
S35：洗涤所述热解铁性药渣并干燥过筛后得到铁性药渣生物碳。
7.根据权利要求1所述的土壤修复钝化剂的制备方法，其特征在于：步骤S4中，所述黏土矿物包括麦饭石，所述麦饭石与所述铁性药渣生物碳的混合比例为1:1。
8.一种土壤修复钝化剂的制备系统，其特征在于：包括药渣获取模块、热解模块、铁改模块和合成模块；所述药渣获取模块用于获取中药的药渣；所述热解模块用于在缺氧条件下热解所述药渣并碾碎得到生物碳粉；所述铁改模块用于将所述生物碳粉与FeCl3结合得到铁性药渣生物碳；所述合成模块用于获取黏土矿物，所述合成模块还用于将所述黏土矿物与所述铁性药渣生物碳混合得到钝化剂。
9.根据权利要求8所述的土壤修复钝化剂的制备系统，其特征在于：所述中药为板蓝根。
10.根据权利要求8所述的土壤修复钝化剂的制备系统，其特征在于：所述热解模块用于获取板蓝根和去离子水并煮沸n分钟得到湿渣；所述热解模块还用于在105℃温度条件下烘干k小时得到干渣；所述热解模块还用于将所述干渣用玛瑙碾钵碾成粉末得到所述药渣。
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